JP3158208B2 - 磁気共鳴イメージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、核磁気共鳴（NMR）現象を利用して被検体
の検査部位の断層像を得る磁気共鳴イメージング装置
（以下「MRI装置」という）に関し、特に磁場発生手段
の周囲の磁場環境変動による影響を低減して断層像の画
質劣化を防止することができるMRI装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のMRI装置は、その磁場発生手段の周囲の磁場環
境変動による影響を低減して断層像の画質劣化を防止す
るため、当該装置全体の周囲六面をパーマロイ、アモル
ファス金属等の高透磁率材料で囲んで磁気シールドして
いた。しかし、この場合は、一台のMRI装置について、
材料費及び工事費等が例えば1000万円以上と高価になる
と共に、画質劣化の防止が完全とは言えなかった。

これに対して、最近、特願昭63−195390号明細書に記
載されているように、被検体に静磁場及び傾斜磁場を与
える磁場発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する
原子の原子核に核磁気共鳴を起こさせるために電磁波を
照射する送信系と、上記の核磁気共鳴により放出される
電磁波を検出する受信系と、この受信系で検出した電磁
波の信号を用いて画像再構成演算を行う信号処理系と、
上記磁場発生手段の周囲の磁場環境変動を検出する磁場
センサと、この磁場センサからの検出信号を増幅して補
正電流を生成する補正制御回路と、この補正制御回路か
らの補正電流を入力して上記磁場環境変動と逆向きの補
正磁場を発生する補正磁場コイルとを備えて成る磁気共
鳴イメージング装置が提案されている。

すなわち、第６図に示すように、磁場発生手段（図示
省略）の周囲の磁場環境変動Ｆを磁場センサ41で検出
し、この磁場センサ41で検出した出力波形を増幅器42で
増幅し、この出力信号に応じて補正磁場コイル電源43で
補正電流Ｉを生成し、この補正電流Ｉを静磁場発生の磁
気回路の内部に上下に対向して平行に設けられたループ
状の補正磁場コイル44,44に流し、これによって上記磁
場環境変動Ｆと逆向きの補正磁場Ｆ′を発生させるよう
になっている。そして、この補正磁場Ｆ′により、上記
磁場環境変動Ｆを打ち消すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記提案の磁気共鳴イメージング装置におい
ては、補正磁場コイル44,44が静磁場発生の磁気回路の
内部において例えば静磁場の均一度を向上するための円
盤状の磁極片の外周面に巻かれていたので、上記補正磁
場コイル44,44に例えば第７図（ａ）に示すように補正
電流Ｉを流すと、上記磁極片や周囲の磁性体に渦電流が
発生し、この渦電流の影響により同図（ｂ）に示すよう
に発生する補正磁場Ｆ′のタイミングが補正電流Ｉのタ
イミングよりも遅れるものであった。

この状態を、第８図において各部の出力波形を示しな
がら説明する。まず、第８図（ｂ）に示すように、周囲
の磁場環境変動Ｆがあったとすると、この磁場環境変動
Ｆは同図（ａ）に示す磁場センサ41で検出される。する
と、この磁場センサ41からは、同図（ｂ）に示すよう
に、上記磁場環境変動Ｆよりもやや時遅れを生じた出力
波形W₁の検出信号が出力される。この検出信号は、次の
増幅器42で増幅されて出力波形W₂の信号とされる。そし
て、この信号が次の補正磁場コイル電源43へ入力して、
やや時遅れを生じた補正電流Ｉが生成される。この補正
電流Ｉは、第８図（ａ）に示す補正磁場コイル44,44へ
入力するが、前述のように磁極片等に発生する渦電流の
影響及びその補正電流Ｉ自体の時遅れによって、同図
（ｂ）に示すように上記補正電流Ｉによる補正磁場Ｆ′
にも時遅れが生じる。従って、前記磁場環境変動Ｆに対
してこの時遅れの生じた補正磁場Ｆ′で補正しても、そ
の磁場環境変動Ｆを完全に抑えることはできず、第８図
（ｂ）に斜線を付して示す部分が残留磁場として残るこ
ととなる。このことから、磁場発生手段の周囲に生じる
磁場環境の変動を十分に低減することができず、画像に
ボケやゴーストが発生し、得られる断層像の画質が劣化
するものであった。このことは、特に最近用いられるよ
うになってきたグラジエントエコー法などの新しい高速
シーケンスによる計測において顕著である。

そこで、本発明は、このような問題点を解決し、磁場
発生手段の周囲の磁場環境変動による影響を低減して断
層像の画質劣化を防止することができるMRI装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるMRI装置
は、被検体に静磁場及び傾斜磁場を与える磁場発生手段
と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原子核に核
磁気共鳴を起こさせるために電磁波を照射する送信系
と、上記の核磁気共鳴により放出される電磁波を検出す
る受信系と、この受信系で検出した電磁波の信号を用い
て画像再構成演算を行う信号処理系と、上記磁場発生手
段の周囲の磁場環境変動を検出する磁場センサと、この
磁場センサからの検出信号を増幅して補正電流を生成す
る補正制御回路と、この補正制御回路からの補正電流を
入力して上記磁場環境変動と逆向きの補正磁場を発生す
る補正磁場コイルとを備えて成る磁気共鳴イメージング
装置において、上記補正磁場コイルを静磁場発生の磁気
回路の外部に設けると共に、上記補正制御回路の内部
に、微分回路を設け、補正磁場コイルに供給する補正電
流の時遅れを補正するようにしたものである。

〔作 用〕

このように構成されたMRI装置は、補正磁場コイルを
静磁場発生の磁気回路の外部に設けたことにより、上記
補正磁場コイルに補正電流を流したとき、磁気回路を構
成する磁極片等に発生する渦電流が抑制される。従っ
て、上記渦電流による影響が低減されて、上記補正磁場
コイルによる補正磁場の時遅れを除去するように動作す
る。このことから、周囲の磁場環境変動による影響を低
減して断層像の画質劣化を防止することができる。

また、補正制御回路の内部に微分回路を設けたことに
より、上記補正磁場コイルに供給する補正電流自体の時
遅れを補正することができ、周囲の磁場環境変動による
影響を略完全に抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明によるMRI装置の実施例を示す全体構
成のブロック図である。このMRI装置は、核磁気共鳴（N
MR）現象を利用して被検体の断層像を得るもので、図に
示すように、静磁場発生磁石２と、傾斜磁場コイル9,9
と、傾斜磁場電源10と、送信系４と、受信系５と、信号
処理系６と、シーケンサ７と、中央処理装置（CPU）８
と、磁場センサ21と、補正制御回路22と、補正磁場コイ
ル23とを備えて成る。

上記静磁場発生磁石２は、被検体１の周りにその体軸
方向（水平方向）または体軸と直交する方向（垂直方
向）に均一な静磁場を発生させるもので、被検体１を挟
んで対向配置され静磁場を発生する一対の静磁場発生手
段となり、上記被検体１の周りにある広がりをもった空
間に永久磁石方式または常電導方式あるいは超電導方式
の磁場発生手段が配置されている。なお、第１図では、
上記静磁場の方向を図中の矢印Ａの向きで示している。
傾斜磁場コイル9,9は、上記静磁場発生磁石２で発生さ
れた静磁場空間に傾斜磁場を発生する一対の傾斜磁場発
生手段となるもので、X,Y,Zの三軸方向に巻かれた磁場
コイルを備えている。また、傾斜磁場電源10は、上記傾
斜磁場コイル9,9を駆動する電源手段となるものであ
る。そして、上記シーケンサ７からの命令に従ってそれ
ぞれのコイルの傾斜磁場電源10を駆動することにより、
X,Y,Zの三軸方向の傾斜磁場Gx,Gy,Gzを被検体１に印加
するようになっている。この傾斜磁場の加え方により、
被検体１に対するスライス面を設定することができる。

送信系４は、被検体１の生体組織を構成する原子の原
子核に核磁気共鳴を起こさせるために電磁波を照射する
もので、高周波発振器11と変調器12と高周波増幅器13と
送信側の高周波コイル14aとから成り、上記高周波発振
器11から出力された高周波パルスをシーケンサ７の命令
に従って変調器12で振幅変調し、この振幅変調された高
周波パルスを高周波増幅器13で増幅した後に被検体１に
近接して配置された高周波コイル14aに供給することに
より、電磁波が上記被検体１に照射されるようになって
いる。受信系５は、被検体１の生体組織の原子核の核磁
気共鳴により放出される電磁波（NMR信号）を検出する
もので、受信側の高周波コイル14bと増幅器15と直交位
相検波器16とA/D変換器17とを有して成り、上記送信側
の高周波コイル14aから照射された電磁波による被検体
１の応答の電磁波（NMR信号）は被検体１に近接して配
置された高周波コイル14bで検出され、増幅器15及び直
交位相検波器16を介してA/D変換器17に入力してディジ
タル量に変換され、さらにシーケンサ７からの命令によ
るタイミングで直交位相検波器16によりサンプリングさ
れた二系列の収集データとされ、その信号が信号処理系
６に送られるようになっている。

この信号処理系６は、CPU8と、磁気ディスク18及び磁
気テープ19等の記録装置と、CRT等のディスプレイ20と
から成り、上記CPU8でフーリエ変換、補正係数計算、像
再構成等の処理を行い、任意断面の信号強度分布あるい
は複数の信号に適当な演算を行って得られた分布を画像
化してディスプレイ20に断層像として表示するようにな
っている。また、シーケンサ７は、CPU8の制御で動作
し、被検体１の断層像のデータ収集に必要な種々の命令
を送信系４及び磁場勾配発生系（9,10）並びに受信系５
に送り、上記NMR信号を計測するシーケンスを発生する
手段となるものである。なお、第１図において、送信側
の高周波コイル14a及び受信側の高周波コイル14b並びに
傾斜磁場コイル9,9は、被検体１の周りの空間に配置さ
れた静磁場発生磁石２の磁場空間内に配置されている。

また、上記磁場センサ21は、前記静磁場発生磁石２の
周囲において静磁場方向（矢印Ａの方向）の磁場環境変
動Ｆを検出するもので、第２図に示すように、MRI装置
が設置された検査室24の内部にて例えば磁場環境変動が
生じ易い側の角部に配置されている。補正制御回路22
は、上記磁場センサ21から出力される検出信号を入力し
て増幅し磁場環境変動Ｆによる影響を補正するための補
正電流Ｉ″を生成するもので、第２図に示すように、例
えば検査室24の内部の角部に設けられている。さらに、
補正磁場コイル23は、上記補正制御回路22から出力され
る補正電流Ｉ″を入力して前記磁場環境変動Ｆと逆向き
の補正磁場Ｆ″を発生するもので、上下に対向して二つ
設けられている。なお、第２図において、符号25は第１
図に示す静磁場発生磁石２及び傾斜磁場コイル９並びに
送受の高周波コイル14a,14bを収納したガントリを示
し、符号26は検査対象の被検体１を寝載して前後にスラ
イドするテーブルを示している。

ここで、本発明においては、上記補正磁場コイル23,2
3は、第１図に示すように静磁場発生の磁気回路、すな
わち静磁場発生磁石２の外部に設けられている。この状
態を第３図を参照して説明する。この図は、第２図に示
すガントリ25の内部構造を示す分解斜視図であり、一対
の永久磁石27,27をその両者間に被検体１が入り得る空
隙Ｃを形成して上下に対向配置し、これらの永久磁石2
7,27をそれぞれ上下の継鉄28a,28bで支持し、さらにこ
れらの継鉄28a,28bを例えば４本の縦の継鉄28c,28c,…
で対向支持して磁路を形成している。また、上記一対の
永久磁石27,27の空隙Ｃ側の対向面には、被検体１の検
査部位が入る計測空間における静磁場の均一性を高める
磁極片29,29が磁気的及び機械的に固着されている。そ
して、上記一対の永久磁石27,27と、継鉄28a,28b,28c
と、磁極片29,29とで静磁場発生の磁気回路としての静
磁場発生磁石２を構成している。さらに、上記磁極片2
9,29の空隙Ｃ側に面する内側には、該磁極片29による均
一な静磁界に加算する傾斜磁界を発生する傾斜磁場コイ
ル30,30がそれぞれ近接配置されている。このような状
態で、上記静磁場発生磁石２を構成する永久磁石27,27
は温度依存性を有するので、その温度を一定に保つため
に、上記永久磁石27,27及び継鉄28a,28b,28c並びに磁極
片29,29の全体を、例えば発泡スチロールやスポンジな
どから成り適宜の厚さを有する断熱材31で覆っている。
そして、この断熱材31の外周面にて、上部の継鉄28a及
び下部の継鉄28bに対応する部位に補正磁場コイル23,23
が巻かれている。これにより、上記補正磁場コイル23,2
3は、前記永久磁石27及び磁極片29から離れた所に位置
し、上記傾斜磁場コイル30と補正磁場コイル23との間に
永久磁石27及び磁極片29が配置されることとなる。

従って、その補正磁場コイル23,23に例えば第７図
（ａ）に示すように補正電流Ｉを流したとき、上記磁極
片29や周囲の磁性体に発生する渦電流が抑制され、同図
（ｃ）に示すように発生する補正磁場Ｆ″のタイミング
は補正電流Ｉのタイミングにほぼ同期することとなる。
なお、以上の静磁場発生磁石２の全体は、第３図に示す
ように、前面用のガントリカバー32a及び後面用のガン
トリカバー32b、側面用のガントリカバー32c、上面用の
ガントリカバー32dで覆われている。

また、本発明においては、前記補正制御回路22の内部
に微分回路が設けられ、上記補正磁場コイル23,23に供
給する補正電流Ｉの時遅れを補正するようになってい
る。すなわち、第４図に示すように、上記補正制御回路
22は、磁場センサ21からの検出信号の時遅れを補正する
第一の微分回路33aと、この第一の微分回路33aからの出
力信号を増幅する増幅器34と、この増幅器34からの出力
信号を入力して補正電流Ｉ′を生成する補正磁場コイル
電源35と、この補正磁場コイル電源35からの補正電流
Ｉ′の時遅れを補正する第二の微分回路33bとから構成
されている。

次に、このように構成された補正制御回路22の動作に
ついて、第４図で各部の出力波形を示しながら説明す
る。まず、第４図（ｂ）に示すように、周囲の磁場環境
変動Ｆがあったとすると、この磁場環境変動Ｆは同図
（ａ）に示す磁場センサ21で検出される。すると、この
磁場センサ21からは、同図（ｂ）に示すように、上記磁
場環境変動Ｆよりもやや時遅れを生じた出力波形W₁の検
出信号が出力される。この検出信号は次の補正制御回路
22へ入力し、第一の微分回路33aで急峻に立ち上げられ
て時遅れが補正され、出力波形W₃の信号とされる。そし
て、この信号は、次の増幅器34で増幅されて出力波形W₄
の信号とされる。次に、この信号は補正磁場コイル電源
35へ入力して、やや時遅れを生じた補正電流Ｉ′が生成
される。そして、この補正電流Ｉ′は次の第二の微分回
路33bに入力し、急峻に立ち上げられて時遅れが補正さ
れ、矩形波の補正電流Ｉ″として出力される。この補正
電流Ｉ″は、第４図（ａ）に示す補正磁場コイル23,23
へ入力するが、前述のように磁極片29等に発生する渦電
流が抑制されることとその補正電流Ｉ″自体の時遅れが
補正されていることから、同図（ｂ）に示すように該補
正電流Ｉ″による補正磁場Ｆ″には時遅れは生じない。
従って、前記磁場環境変動Ｆに対してこの時遅れの無い
補正磁場Ｆ″で補正することにより、第４図（ｂ）に破
線で示すようにその磁場環境変動Ｆを略完全に抑えるこ
とができ、残留磁場は残らない。なお、第４図において
は、補正制御回路22の内部に微分回路を二つ（33a,33
b）設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、第一
の微分回路33aは省略して第二の微分回路33bだけを設け
てもよい。

第５図は前記補正磁場コイル23,23の設置状態の他の
実施例を示す斜視説明図である。この実施例は、上記補
正磁場コイル23,23をそれぞれ検査室24の天井面及び床
面においてMRI装置の設置位置に対応する箇所に対向配
置して一対設けたものである。この場合は、第２図及び
第３図に示す例に比べて更に補正磁場コイル23,23が静
磁場発生磁石２の外部に離れることとなるので、その磁
極片29等に発生する渦電流が略完全に抑制される。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、補正磁場コイ
ル23,23を静磁場発生の磁気回路（２）の外部に設けた
ことにより、上記補正磁場コイル23,23に補正電流Ｉ″
を流したとき、磁気回路を構成する磁極片29等に発生す
る渦電流が抑制される。従って、上記渦電流による影響
が低減されて、上記補正磁場コイル23,23による補正磁
場Ｆ″の時遅れを除去することができる。このことか
ら、周囲の磁場環境変動Ｆによる影響を低減することが
でき、画像にボケやゴーストが発生するのを無くし、得
られる断層像の画質劣化を防止することができる。ま
た、補正制御回路22の内部に微分回路33a,33bを設けた
ことにより、上記補正磁場コイル23,23に供給する補正
電流Ｉ″自体の時遅れを補正することができるので、周
囲の磁場環境変動Ｆによる影響を略完全に抑えることが
できる。これらのことは、最近用いられるようになって
きたグラジエントエコー法などの新しい高速シーケンス
による計測において、特に画質劣化の防止の効果が顕著
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるMRI装置の実施例を示す全体構
成のブロック図である。

【図２】 検査室の内部に設置されたMRI装置に対する
補正磁場コイルの設置状態を示す斜視説明図である。

【図３】 図２に示すガントリの内部構成を示す分解斜
視図である。

【図４】 図１に示す補正制御回路の内部構成を示すブ
ロック図及びその補正制御回路の動作を説明するための
各部の出力波形図である。

【図５】 検査室の内部に設置されたMRI装置に対する
補正磁場コイルの設置状態の他の実施例を示す斜視説明
図である。

【図６】 磁場センサ及び補正磁場コイルによる磁場環
境変動に対する補正磁場の発生の原理を示す説明図であ
る。

【図７】 補正電流に対する従来例及び本発明の補正磁
場の発生の関係を示すタイミング線図である。

【図８】 従来のMRI装置における補正制御の回路及び
その動作を説明するためのブロック図及び各部の出力波
形図である。

【符号の説明】

１……被検体 ２……静磁場発生磁石 ４……送信系 ５……受信系 ６……信号処理系 ７……シーケンサ ８……CPU ９……傾斜磁場コイル 10……傾斜磁場電源 14a……送信側の高周波コイル 14b……受信側の高周波コイル 21……磁場センサ 22……補正制御回路 23……補正磁場コイル 33a,33b……微分回路 34……増幅器 35……補正磁場コイル電源 Ｆ……磁場環境変動 Ｉ″……補正電流 Ｆ″……補正磁場

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/055 G01R 33/20 - 33/64

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に静磁場及び傾斜磁場を与える磁場
   発生手段と、上記被検体の生体組織を構成する原子の原
   子核に核磁気共鳴を起こさせるために電磁波を照射する
   送信系と、上記の核磁気共鳴により放出される電磁波を
   検出する受信系と、この受信系で検出した電磁波の信号
   を用いて画像再構成演算を行う信号処理系と、上記磁場
   発生手段の周囲の磁場環境変動を検出する磁場センサ
   と、この磁場センサからの検出信号を増幅して補正電流
   を生成する補正制御回路と、この補正制御回路からの補
   正電流を入力して上記磁場環境変動と逆向きの補正磁場
   を発生する補正磁場コイルとを備えて成る磁気共鳴イメ
   ージング装置において、上記補正磁場コイルを静磁場発
   生の磁気回路の外部に設けると共に、上記補正制御回路
   の内部に、微分回路を設け、補正磁場コイルに供給する
   補正電流の時遅れを補正するようにしたことを特徴とす
   る磁気共鳴イメージング装置。